电离层作为地球高空大气的一部分，是日地空间环境的重要组成部分。开展电离层监测方面的相关研究，了解电离层的变化规律，对研究电离层对人类生产、生活的影响，具有非常重要的意义。空间大地测量技术的发展，特别是全球卫星导航系统(GNSS)技术在全球得到大力发展，目前已形成了四大GNSS全球系统并存的局面，为电离层的监测研究提供了新的方法和手段。多模GNSS全球跟踪站和空间星座数量的不断增多，可以为利用GNSS研究电离层提供分辨率更高、覆盖更为广泛的观测资料，能够有效地克服基于单系统研究电离层存在的弊端，对提升电离层研究和建模的精度及可靠性有很大帮助，同时，对基于多模GNSS的电离层监测数据综合处理也带来了新的挑战。　　本文从GNSS电离层模型反演理论出发，开展了基于多模GNSS技术建立高精度全球电离层模型(GIM)的研究工作，自主开发了一套基于多模GNSS(GPS/GLONASS/GALILEO/BDS)的高精度电离层模型和硬件延迟(DCB)整体解算业务系统;全面评估了全球和区域电离层模型产品的精度，特别详细地分析了四系统DCB的稳定性;针对电离层预报产品的需求逐渐加强，开展了利用不同方法进行电离层总电子含量(TEC)预报的研究工作，建立了电离层TEC预报子系统。最后，给出了电离层产品应用方面的精度检验及在电离层活动监测方面的初步应用情况。本文的主要研究内容如下:　　1.基于多模GNSS的高精度全球电离层模型建立及业务系统开发。基于GNSS技术反演电离层模型的基础理论，结合多模GNSS系统观测数据，解决了分段线性模型构建、海量数据高效处理、多系统数据融合等关键问题，完成了高精度全球电离层模型的建立，自主开发了一套基于多模GNSS的高精度GIM/DCB整体处理业务系统，已在北斗全球连续监测评估系统(iGMAS)上海天文台分析中心连续运行三年，产品精度与国际水平相当。　　2.高精度全球/区域电离层模型精度的全面评估。对基于全球GNSS数据建立的全球电离层模型，利用IGS最终电离层产品、测站实测垂直电子总含量(VTEC)、海洋测高VTEC及伪距单点定位等数据和手段，开展了全面的精度评估;基于陆态网络丰富的GNSS观测，利用三种区域电离层模型算法，完成了中国区域精细电离层模型构建。利用子午工程网络数字测高仪数据和测站实测VTEC数据，对建立的区域电离层模型进行了相应的比较评估，给出了三种主流区域电离层模型的性能及指标分析结果。　　3.多模GNSS系统DCB的全面评估和稳定性分析。对多模GNSS系统DCB（包括测站和卫星DCB）进行了相应的精度评估，并在长、短期稳定性、天间变化等方面进行了详细地分析，分析结果显示GPS和GALILEO系统DCB稳定性较好，而BDS和GLONASS系统DCB则较差，这对于了解多模GNSS系统DCB的稳定性和适用性很有意义。　　4.电离层TEC预报方法研究和预报子系统构建。本文采用时间序列分析方法，实现了电离层TEC的间接预报。针对电离层模型系数的非线性变化形态，首先研究了将非线性问题转化为线性问题的方法，采用ARMA模型开展模型系数预报，最终实现了基于ARMA模型预报电离层TEC，建立了电离层TEC预报子系统，实现了预报产品的自动在线生成及发布;鉴于电离层模型系数的非线性变化形态，探讨了使用神经网络技术直接开展模型系数预报工作，通过使用两种常见泛化能力较好的神经网络模型，成功预报了电离层模型系数。　　5.基于GNSS高精度电离层模型的初步应用研究。本文分析了建立的高精度全球电离层模型特殊参数(C)00时间序列，对其进行了详细的谱分析，研究结果显示(C)00能够较好地反映全球电离层活动的周年、半周年及季节效应，是研究全球电离层TEC变化特性的有效数据源;利用建立的高精度全球电离层模型监测了2015年3月份剧烈的电离层暴现象，并对该现象进行了相应的成因分析，结果显示基于全球GNSS数据常规生成的电离层模型是监测电离层异常现象的一种有效手段;本文利用基于GNSS观测的高精度电离层产品开展了初步的应用研究，评估了当前最新版本的主流电离层经验模型（IRI-2012、SPIM-2014和NIC09）在全球高时间分辨率尺度上TEC的计算精度，结果表明NIC09模型在小时尺度上的精度水平最高，IRI-2012模型次之，SPIM-2014则最差，本研究为电离层经验模型的具体应用提供了有意义的参考。